[論文レビュー] Halpha3: an Halpha imaging survey of HI selected galaxies from ALFALFA. II. The star formation properties of galaxies in the Virgo cluster and surroundings

Giuseppe Gavazzi, Michele Fumagalli+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 49

ひとこと要約

本研究は、バーヴォ銀河団およびその周辺部に位置する409個のHI選択銀河のHα画像を分析し、環境が星形成に与える影響を調査する。星形成の最近のトレーサーとしてHαを用い、環境的摂動の指標としてHI不足度を用いることで、対象となる遅い型銀河では、ram pressure stripping（衝撃波圧ストリッピング）が外側から内側へと段階的に星形成を抑制することが判明。バーヴォ銀河団は2ギガ年という timescale でガスを除去し、SFRを抑制しており、これは銀河団が動的に若年であることに整合的である。

ABSTRACT

We present the analysis of Halpha3, an Halpha imaging survey of 409 galaxies selected from the HI Arecibo ALFALFA Survey in the Local Supercluster, including the Virgo cluster. We explore the relations between the stellar mass, the HI mass and the current, massive SFR of nearby galaxies in the Virgo cluster and we compare them with those of isolated galaxies in the Local Supercluster, disentangling the role of the environment in shaping the star formation properties of galaxies at the present cosmological epoch. We investigate the relationships between atomic neutral gas and newly formed stars in different environments, across many morphological types, and over a wide range of stellar masses adopting an updated calibration of the HI deficiency parameter. Studying the mean properties of late-type galaxies in the Local Supercluster, we find that galaxies in increasing local galaxy density conditions (or decreasing projected angular separation from M87) show a significant decrease in the HI content and in the mean specific star formation rate, along with a progressive reddening of their stellar populations. The gradual quenching of the star formation occurs outside-in, consistently with the predictions of the ram pressure model. Once considered as a whole, the Virgo cluster is effective in removing neutral hydrogen from galaxies, and this perturbation is strong enough to appreciably reduce the SFR of its entire galaxy population. An estimate of the present infall rate of 300-400 galaxies per Gyr in the Virgo cluster is obtained from the number of existing HI-rich late-type systems, assuming 200-300 Myr as the time scale for HI ablation. If the infall process has been acting at constant rate this would imply that the Virgo cluster has formed approximately 2 Gyr ago, consistently with the idea that Virgo is in a young state of dynamical evolution.

研究の動機と目的

• バーヴォ銀河団の高密度環境が、遅い型銀河の星形成およびガス含量に与える影響を理解すること。
• 特にram pressureがHI豊富な銀河の星形成をどのように抑制するかを定量化すること。
• ガス除去の timescale と、HI豊富なシステムの生存数に基づいて、現在のバーヴォへの銀河降着率を推定すること。
• クラスタ銀河とフィールド銀河との間で、星質量、HI質量、星形成率のスケーリング関係を比較すること。

提案手法

• ALFALFAサーベイから選択された409個のHI選択銀河の最近の星形成率（SFR）を測定するために、Hαのナローバンド画像法が用いられた。
• HI不足度パラメータ（Def_HI）が再キャリブレーションされ、3つのグループに分類された：無歪み（Def_HI ≤ 0.3）、歪みあり（0.3 < Def_HI < 0.9）、顕著に歪みあり（Def_HI ≥ 0.9）。
• スローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）の光学データをHα測定と組み合わせ、星質量および色を導出。
• 統計的分析により、バーヴォ銀河とローカルスーパーストラクチャの孤立銀河との間で、SFR、HI質量、星質量の関係を比較。
• 一定の降着率を仮定したもとで、観測されたHI豊富銀河の割合から、HI剥ぎ取りの timescale を推定。
• 環境的効果が星質量に比してガス含量にどのように影響を与えるかを評価するため、M_HIとM_*の基本的スケーリング関係を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hα放射によって示されるように、バーヴォ銀河団の遅い型銀河の星形成率（SFR）は、ローカルスーパーストラクチャの孤立銀河と比べてどのように異なるか？
• RQ2 バーヴォ銀河団の銀河において、HI不足度パラメータは、スペシフィック星形成率および星形成人口の年齢とどの程度相関しているか？
• RQ3 バーヴォ銀河団に降着する銀河におけるガス除去の timescale は何か？ これは銀河団の動的年齢について何を示唆するか？
• RQ4 クラスタ銀河とフィールド銀河との間で、星質量、HI質量、SFRのスケーリング関係はどのように異なるか？
• RQ5 観測された星形成の抑制は、主にram pressure strippingが支配的環境メカニズムであると考えて妥当か？

主な発見

• バーヴォ銀河団のより高密度な領域に位置する銀河は、HI含量とスペシフィックSFRが顕著に低下し、星形成人口が環境密度の増加に伴い徐々に赤くなる傾向を示した。
• 星形成の抑制は、ram pressure strippingモデルの予測と整合する、半径方向の外側から内側への進行様式を示した。
• バーヴォ銀河団全体として、中性水素の除去が効果的に進行しており、環境的要因によってその全銀河集団のSFRが低下している。
• 現在のHI豊富銀河のバーヴォへの降着率は300～400個/ギガ年と推定され、降着が一定であると仮定すれば、動的年齢は約2ギガ年であると示唆された。
• バーヴォにおけるHI質量と星質量のスケーリング関係は、孤立銀河と比較して、ガス割合が著しく低い方向にシフトしており、強い環境的抑制が確認された。
• 環境的効果は、星形成を直接的に抑制するよりも、ガスを枯渇させる効果が10倍以上に及ぶことが判明し、ガス除去が抑制の主因であることが強調された。